(57)【要約】【課題】  高周波信号の伝送特性が良好で、外部電気回路に確実に不具合無く電気的に接続することが可能な配線基板を提供する。【解決手段】  配線基板９は、絶縁基板１の内部に信号線路２を配置させるとともに、信号線路２と絶縁基板１の一主面との間に信号線路２と一部対向する導体層５を配置せしめ、絶縁基板１の一主面に、導体層５の非形成領域を貫通するビア導体４を介して信号線路２と電気的に接続される接続パッド３を設け、絶縁基板１は、接続パッド３と導体層５との間に位置する部位の比誘電率を、他の部位の比誘電率に比し小さく設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の内部に信号線路を配置させるとともに、該信号線路と前記絶縁基板の一主面との間に前記信号線路と一部対向する導体層を配置せしめ、前記絶縁基板の一主面に、前記導体層の非形成領域を貫通するビア導体を介して前記信号線路と電気的に接続される接続パッドを設けてなる配線基板であって、
前記絶縁基板は、前記接続パッドと前記導体層との間に位置する部位の比誘電率が、他の部位の比誘電率に比し小さく設定されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記絶縁基板が複数の絶縁層を積層して形成されているとともに、この絶縁層間に前記導体層が介在されており、前記絶縁基板の一主面と前記導体層との間に位置する前記絶縁層の比誘電率が、前記絶縁基板の他主面と前記導体層との間に位置する前記絶縁層の比誘電率に比し小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記導体層が、グランド導体層または給電導体層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するのに用いられる配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するための配線基板としては、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または、酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料からなる絶縁基板と、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属材料からなり、絶縁基板に形成された信号伝送用の信号線路と、絶縁基板の一主面に形成された接続パッドと、信号線路と接続パッドとを電気的に接続するように形成されたビア導体と、信号線路と対向して絶縁基板の内部に形成された導体層とを具備した構造のものが知られている。導体層は、信号線路と絶縁基板の一主面との間に配置され信号線路との間に静電容量（キャパシタンス）を生じて信号線路のインピーダンスを制御する機能を有する。
【０００３】
そして、絶縁基板の、接続パッドが形成された一主面と対向する他の主面等に電子部品を搭載するとともに、電子部品の電極を信号線路の露出部分にボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続し、電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することにより電子装置として完成する。
【０００４】
なお、電子部品は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子），ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）用半導体素子,圧電振動子，水晶振動子等の振動子、容量素子その他の種々の電子部品であり、形成された電子装置は、各種センサ装置，携帯電話，コンピュータ，ルータ等の電子機器の部品として使用される。
【０００５】
完成した電子装置について、接続パッドを上記のような電子機器に使われる外部電気回路基板の接続用端子に半田等からなる金属バンプを介して接続することにより、電子部品の電極が信号線路，ビア導体および接続パッドを介して外部電気回路と電気的に接続される。
【０００６】
なお、接続パッドは、一般に外部電気回路と接続した後の、接続強度確保のために、比較的大きな直径（例えば直径０．８ｍｍ程度）の円形状等、面積の大きいものが形成されている。
【特許文献１】特開２００４−３４２８７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように接続パッドが大きいと、低周波の信号の場合は問題にはならなかったが、近年、電子機器で使用される信号等の高周波化の要求、例えば、コンピュータの高速演算、高速インターネット通信あるいは車載用の衝突防止センサ等の要求のために、８００ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する必要が生じてきており、このような高周波信号を伝送する場合、接続パッドと、絶縁基板を介して接続パッドの真上近傍に位置する導体層との間にキャパシタンスが発生し、その部分において接続パッドのインピーダンスが低くなり、インピーダンスの不整合が起き高周波信号が伝送されないという問題が出てきて、高周波信号用の電子部品の電気的信頼性を確保できないという問題が起きてきた。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、高周波信号の伝送特性が良好で、外部電気回路に確実に不具合無く電気的に接続することが可能な配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の配線基板は、絶縁基板の内部に信号線路を配置させるとともに、該信号線路と前記絶縁基板の一主面との間に前記信号線路と一部対向する導体層を配置せしめ、前記絶縁基板の一主面に、前記導体層の非形成領域を貫通するビア導体を介して前記信号線路と電気的に接続される接続パッドを設けてなる配線基板であって、前記絶縁基板は、前記接続パッドと前記導体層との間に位置する部位の比誘電率が、他の部位の比誘電率に比し小さく設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の配線基板は、前記絶縁基板が複数の絶縁層を積層して形成されているとともに、この絶縁層間に前記導体層が介在されており、前記絶縁基板の一主面と前記導体層との間に位置する前記絶縁層の比誘電率が、前記絶縁基板の他主面と前記導体層との間に位置する前記絶縁層の比誘電率に比し小さく設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明の配線基板は、前記導体層が、グランド導体層または給電導体層であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の配線基板は、絶縁基板は、接続パッドと導体層との間に位置する部位の比誘電率が、他の部位の比誘電率に比し小さく設定されていることから、接続パッドと導体層との間で生じるキャパシタンスを低減することができ、そのキャパシタンスに起因する接続パッドのインピーダンスの低下を抑えてインピーダンスを整合させることができる。その結果、高周波信号の伝送特性が良好で、外部電気回路に対して良好に接続することが可能な配線基板を提供することができる。
【００１３】
なお、この場合、キャパシタンスを抑えるために、接続パッドの面積を小さくしたり、接続パッドと導体層との間に位置する部位を厚くしたりする必要が無いので、配線基板の外部電気回路に対する接続信頼性の確保や、絶縁基板の薄型化を容易に行なうこともできる。
【００１４】
また、本発明の配線基板によれば、絶縁基板を複数の絶縁層を積層して形成するとともに、この絶縁層間に導体層を介在させ、絶縁基板の一主面と導体層との間に位置する絶縁層の比誘電率を、絶縁基板の他主面と導体層との間に位置する絶縁層の比誘電率に比し小さく設定することにより、絶縁基板の他主面と導体層との間に介在するグランド導体層と供給電源体層間のカップリング用のキャパシタンスは維持したまま、接続パッドおよび導体層とのキャパシタンスの発生を低減せしめ、接続パッドの大きさを小さくすること無く、また接続パッドと導体層との間に位置する部位を厚くする必要も無く、その部分において導体層および接続パッドのインピーダンスが低くなるという問題の発生を抑えてインピーダンスを整合させることができ、絶縁基板の厚みを厚くすることなく、薄型化を容易に行なえる、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板を提供することができる。
【００１５】
さらに、接続パッドと導体層とが対向する部位だけでなく、接続パッドを囲繞する領域等、接続パッドが形成されている面と導体層が形成されている面との間の全域で、接続パッドと導体層との間に絶縁基板の一部（絶縁層）が介在することによるキャパシタンスの発生をより有効に抑えることができるため、接続パッドでインピーダンスが低下することをより確実に防ぐこともできる。
【００１６】
またさらに、絶縁層や、絶縁層となるセラミックグリーンシートや未硬化の層状の有機樹脂等を（下層のものの比誘電率を低くして）積層することで絶縁基板を作製することができるので、配線基板としての生産性を良好に確保することもできる。
【００１７】
さらにまた、本発明の配線基板によれば、前記導体層を、グランド導体層または給電導体層として用いることにより、導体層を他の信号線路用のビア導体の回りだけを非形成部分にしたいわゆるベタ配線とすることができるため、信号線路が同じ層でどこに形成されても、配線基板内部の信号線路とのキャパシタンスを一定にでき、信号線路とのインピーダンスを効率よく維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の例を示す断面図である。図１において、１は絶縁基板、２は信号線路、３は接続パッド、４はビア導体、５は導体層である。これら絶縁基板１，信号線路２，接続パッド３，ビア導体４，導体層５により配線基板９が基本的に構成される。
【００１９】
絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料により形成されている。
【００２０】
絶縁基板１は、例えばガラスセラミック焼結体から成る場合には以下のようにして作製される。
【００２１】
まず、酸化カリウム、酸化マグネシウム等のガラス粉末とアルミナ，シリカ等のセラミック粉末等のセラミック粉末等から成る原料粉末に適当な有機バインダー，溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用してシート状となすことによって、セラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る。しかる後、セラミックグリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体と成す。この生セラミック成形体を還元雰囲気中で約１０００℃で焼成することによって、絶縁基板１が製作される。なお、絶縁基板１は、原料粉末を所定の絶縁基板１の形状に成型し、これを焼成することで製作してもよい。また、上記有機樹脂や複合材料を用いる場合、有機樹脂が未硬化のものを層状に積層すること等で所定の絶縁基板１の形状に形成した後、有機樹脂を加熱硬化させて形成してもよい。
【００２２】
信号線路２は、半導体素子や発振素子等の電子部品等に対して送受信される電気信号を伝送する機能をなす。
【００２３】
信号線路２を伝送される信号は、例えば、配線基板９に電子部品（図示せず）を搭載した場合に、その電子部品と配線基板が実装される外部の電気回路基板の回路との間で授受される信号であり、例えば８００ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ帯等といった高周波信号が伝送される。
【００２４】
電子部品としては、具体的には、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子），ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）用半導体素子,圧電振動子，水晶振動子等の振動子、容量素子その他の種々の電子部品が用いられる。
【００２５】
そして、例えば、信号線路２の一部を、絶縁基板に形成したビア導体４等を介して絶縁基板１の主面に形成された複数の接続パッド３に導出させておくとともに、絶縁基板１の他主面に電子部品を搭載し、電子部品の電極（図示せず）を信号線路２の導出部分にボンディングワイヤや半田等の導電性接続材（図示せず）を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することにより、信号線路２を介して電子部品と外部の電気回路との間で（高周波の）電気信号の授受が可能な電子装置として完成する。
【００２６】
信号線路２，導体層５および接続パッド３は、タングステンやモリブデン，銅，銀，パラジウム等の金属材料から成り、例えば、タングステンから成る場合、タングステン粉末に有機溶剤，バインダーを添加混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートに所定のパターンで印刷しておくこと（メタライズ導体）により形成される。また、信号線路２、導体層５および接続パッド３は、めっき法や蒸着法、金属箔の貼り付け等の手段で形成されてもよい。
【００２７】
信号線路２、接続パッド３およびビア導体４は、電子部品の電極と電気的に接続され、これを外部に導出する導電路として機能する。
【００２８】
導体層５は、信号線路２との間で所定のキャパシタンスを形成し、このキャパシタンスで信号線路のインピーダンスを制御する機能をなす。
【００２９】
この場合、上述した導体層５の非形成領域は、ビア導体４との電気的短絡を防ぐ上では広い方がよいが、広くし過ぎると、信号線路２のインピーダンスを制御する機能が阻害されるので、非形成領域は、ビア導体４と導体層との間の電気的短絡を有効に防止できる範囲で極力狭くすることが好ましい。絶縁基板が酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る場合、非形成領域は、ビア導体４の側面から外側に５０μｍ〜２００μｍ程度の範囲で形成することが好ましい。
【００３０】
また、非形成領域は、ビア導体４の全周において、ビア導体４の側面から非形成領域の外縁（導体層５）までの距離が同じであることが好ましい。
【００３１】
また、ビア導体４は、高周波特性の観点から横断面（信号が伝送される方向に直交する方向の断面）が円形が望ましく、その大きさは、直径５０μｍ〜２００μｍ程度が望ましい。この場合、上述したように非形成領域は、ビア導体４と同心状が望ましく、内径が約３００μｍ、外径が約８００μｍの円環状でビア導体４と同心状に形成されることが特に望ましい。
【００３２】
ビア導体４は、信号線路２，導体層５と同様の金属材料から成り、例えば、予め絶縁基板１となるセラミックグリーンシートのうち接続パッド３が形成される部位に貫通孔を形成しておき、このセラミックグリーンシートの表面および貫通孔内に、信号線路２と同様の金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により印刷し、充填しておくことにより形成される。
【００３３】
そして、絶縁基板１の他主面に電子部品（図示せず）を搭載し、電子部品の電極を信号線路２や導体層５にボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することによりＲＦモジュール等の電子装置として完成し、接続パッド３を外部電気回路基板（図示せず）の接続用端子等に半田等からなる接続材を介して接続することにより、電子部品の電極が信号線路２，ビア導体４および接続パッド３を介して外部の電気回路と電気的に接続される。
【００３４】
なお、信号線路２は、例えばＲＦモジュールにおいて発振用等の８００ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ等の高周波信号を伝送する高周波信号伝送用のものである。高周波信号伝送用のものの他に、ＫＨｚ帯等の低周波信号伝送用のものが形成されていてもよい。
【００３５】
また、導体層５は信号線路２と絶縁基板１の一主面との間に信号線路２と一部対向するように配置されている。これにより、信号線路２と導体層５とのキャパシタンスが一定に保たれ、信号線路２のインピーダンスが一定に保たれている。このことにより、信号線路２を高周波信号が伝送できる。
【００３６】
このため、導体層５を他の信号線路２用のビア導体４の回りだけを非形成部分にしたいわゆるベタ配線とすることが望ましく、信号線路２が同じ層でどこに形成されても、配線基板９内部の信号線路２とのキャパシタンスを一定にでき、信号線路２のインピーダンスを効率よく維持できる。
【００３７】
そして、本実施形態において特徴的な点は、接続パッド３と導体層５との間に位置する部位の比誘電率εａを、他の部位の比誘電率εｂに比し小さく設定したことである。
【００３８】
これにより、接続パッド３と導体層５との間で生じるキャパシタンスを低減することができ、そのキャパシタンスに起因する接続パッド３のインピーダンスの低下を抑えてインピーダンスを整合させることができる。その結果、高周波信号の伝送特性が良好で、外部電気回路に確実に不具合無く電気的に接続することが可能な配線基板９を提供することができる。
【００３９】
なお、この場合、キャパシタンスを抑えるために、接続パッド３の面積を小さくしたり、接続パッド３と導体層５との間に位置する部位を厚くしたりする必要が無いので、配線基板９の外部電気回路に対する接続信頼性の確保や、絶縁基板１の薄型化を容易に行なうこともできる。
【００４０】
絶縁基板１について、接続パッド３と導体層５との間に位置する部位の比誘電率εａを低くするには、たとえば絶縁基体１がガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、絶縁基板１のうち接続パッド３と導体層５との間に位置する部位において、Ａｇ,Ａｌ，Ｓｉ等の金属複合酸化物をガラスセラミックス材料に適量添加することにより得られる。
【００４１】
また、接続パッド３と導体層５との間に位置する部位の比誘電率εａは、他の部位の比誘電率εｂの８０％以下が好ましい。
【００４２】
接続パッド３は、外部電気回路基板と接続した後の、接続強度確保のために、比較的大きな直径のものが望ましい。接続パッド３は外部の電気回路と接続される際、応力が均等にかかるように、また、高周波伝送特性の観点から、角のない円形が望ましく、その大きさは、直径２００μｍ〜５００μｍ程度が望ましい。
【００４３】
さらに本実施形態においては、絶縁基板１を複数の絶縁層を積層して形成するとともに、この絶縁層１ａ間に導体層５を介在させ、絶縁基板１の一主面と導体層５との間に位置する絶縁層１ａの比誘電率εａを、絶縁基板１の他主面と導体層５との間に位置する絶縁層１ｂの比誘電率εbに比し小さく設定することが好ましく、これにより、絶縁基板１の他主面と導体層５との間に介在するグランド導体層（図示せず）と供給電源体層間（図示せず）のカップリング用のキャパシタンスを維持したまま、接続パッド３および導体層５とのキャパシタンスの発生を低減させ、接続パッド３の大きさを小さくすること無く、また接続パッド３と導体層５との間に位置する部位を厚くする必要も無く、その部分において導体層５および接続パッド３のインピーダンスが低くなるという問題の発生を抑えてインピーダンスを整合させることができ、絶縁基板１を厚くすることなく、薄型化を容易に行なえる、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板９を提供することができる。
【００４４】
また、接続パッド３と導体層５とが対向する部位だけでなく、接続パッド３を囲繞する領域等、接続パッド３が形成されている面と導体層５が形成されている面との間の全域で、接続パッド３と導体層５との間に絶縁基板１の一部（絶縁層１ａ）が介在することによるキャパシタンスの発生をより有効に抑えることができる。そのため、接続パッド３でインピーダンスが低下することをより確実に防ぐことができる。
【００４５】
また、絶縁層１ａや、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートや未硬化の層状の有機樹脂等を（下層のものの比誘電率を低くして）積層することで絶縁基板１を作製することができるので、配線基板としての生産性を良好に確保することもできる。
【００４６】
絶縁基板１について、複数の絶縁層１ａが積層されて形成されているものとするには、例えば、上述のように、セラミックグリーンシートや未硬化の有機樹脂層を複数上下に積層し、これを焼成または加熱硬化する製造方法を用いることができる。
【００４７】
また、導体層５は、例えば上記のセラミックグリーンシートの表面に金属ペーストを印刷しておいて、その印刷した金属を間に挟むようにして他のセラミックグリーンシートを積層することにより、絶縁層１ａの層間に介在させることができる。
【００４８】
絶縁層１ａについて、絶縁基板１の一主面と導体層５との間に位置する絶縁層１ａの比誘電率εａを、絶縁基板１の他主面と導体層５との間に位置する（他の）絶縁層１ｂの比誘電率εbに比し小さくするには、絶縁層１ａに、Ａｇ,Ａｌ，Ｓｉ等の金属複合酸化物を添加すること等の手段を用いることができる。
【００４９】
なお、絶縁層１ａの比誘電率は、接続パッド３ト導体層との間のキャパシタンスを有効に抑える上で、他の絶縁層１ｂの８０％以下が好ましい。
【００５０】
また、本発明の配線基板９は、導体層５が、グランド導体層または給電導体層であることが好ましい。この場合、導体層５を他の信号線路２用のビア導体４の回りだけを非形成部分にしたいわゆるベタ配線とすることができるため、信号線路２が同じ層でどこに形成されても、配線基板９内部の信号線路２とのキャパシタンスを一定にでき、信号線路２のインピーダンスを効率よく維持することができる。
【００５１】
また、導体層５をグランド導体層または給電導体層としておくと、電子部品の電極のうちグランド用のものや給電用のものを導体層５と電気的に接続させて、電子部品の接地や給電をより効率よく行なわせることができ、電子部品搭載用の配線基板９としての電気的な特性を向上させることができる。この場合、導体層５を複数の層にわたって形成し、グランド導体層と給電導体層とをともに絶縁基板の内部に設けるようにしてもよい。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更が可能である。
【００５３】
例えば、導体層５の非形成領域に、絶縁基板１を形成するのと同様の絶縁材料から成るコート層を導体層５と同じ厚みで形成して高さを揃え、絶縁基板１の内部に空隙等の不具合が生じることをより確実に防止して信頼性を高めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・絶縁基板
１ａ・・・絶縁層
１ｂ・・・絶縁層
２・・・信号線路
３・・・接続パッド
４・・・ビア導体
５・・・導体層
９・・・配線基板
【図１】
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